1.磁性材料的磁化曲线
磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数
∙饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；
∙剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；
∙矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；
∙磁导率m：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关； ∙初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp； ∙居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；
∙损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；
∙在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）
3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换
∙设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；
∙合理确定磁芯的几何形状及尺寸；
∙根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m 磁芯(S,l):f～F 器件(N):U～I,L
I ～H: H = IN/l 磁势F =ò Hdl=Hl Nf = ò Udt
L～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9 U ～B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6
二、常用软磁磁芯的特点及应用
(一).粉芯类
1.磁粉芯
磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5~5 微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
常用的磁粉芯有铁粉芯(IRON CORE) 、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯(SENDUST) 三种。
(1). 铁粉芯(IRON CORE)
常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在 1.4T 左右；磁导率范围从10~100; 初始磁导率m i 随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高
(2). 坡莫合金粉芯
坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP) 及高磁通量粉芯(High Flux) 。
MPP 主要特点是: 饱和磁感应强度值在7500Gs 左右；磁导率范围大，从14~550;
在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300KHz 以下的高品质因素Q 滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC 电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC 电路中常用, 粉芯中价格最贵。
高磁通粉芯主要特点是: 饱和磁感应强度值在15000Gs 左右；磁导率范围从14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等, 在DC 电路中常用，高
DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP 。
(3). 铁硅铝粉芯(SENDUST Cores)
铁硅铝粉芯可在8KHz以上频率下使用；饱和磁感在1.05T左右；导磁率从26~125；
磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生；比MPP有更高的DC偏压能力；具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。 2.软磁铁氧体(Ferrite core)
软磁铁氧体磁芯有Mn-Zn 、Cu-Zn 、Ni-Zn 、Mg-Zn 等几类，其中Mn-Zn 铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn 铁氧体的电阻率低，为1 ～10 欧姆- 米，一般在100KHZ 以下的频率使用。Cu-Zn 、Ni-Zn 铁氧体的电阻率为10 2 ～10 4 欧姆- 米，在100kHz ～10 兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器和EMI 中。
电信用铁氧体的磁导率从750~2300, 具有低损耗因子、高品质因素Q 、稳定的磁导率随温度/ 时间关系, 是磁导率在工作中下降最慢的一种，约每十年下降3% ～4% 。广泛应用于高Q 滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器。
宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体，磁导率分别有5000 、10000 、15000 。
其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗/ 频率特性。广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和EMI 上多用。
功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度，为4000~5000 Gs 。另外具有低损耗/ 频率关系和低损耗/ 温度关系。也就是说，随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大。广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。
三、常用软磁磁芯的特点比较
1.磁粉芯、铁氧体的特点比较:
∙MPP 磁芯: 使用安匝数< 200 ，50Hz~1kHz: m e : 125 ~ 500 ; 1 ~ 10kHz: m e : 125 ~ 200; > 100kHz: m e : 10 ~ 125
∙HF 磁芯: 使用安匝数< 500 ，能使用在较大的电源上，在较大的磁场下不易被饱和，能保证电感的最小直流漂移，m e : 20 ~ 125
∙铁粉芯(IRON CORE) ：使用安匝数> 800, 能在高的磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性。在200kHz 以内频率特性稳定; 但高频损耗大，适合
于10kHz 以下使用。
∙SENDUST 磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于8kHz 。DC 偏压能力介于MPP 与HF 之间。铁氧体：饱和磁密低(5000Gs) ，DC 偏压能力最小
四、几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计
开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。
(1). 高频功率变压器
变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下：
Ｐ＝ＫｆＮＢＳＩ×１０－６Ｔ＝ｈｃＰｃ＋ｈｗＰｗ
其中，Ｐ为电功率；Ｋ为与波形有关的系数；ｆ为频率；Ｎ为匝数；Ｓ为铁芯面积；
Ｂ为工作磁感；Ｉ为电流；Ｔ为温升；Ｐｃ为铁损；Ｐｗ为铜损；ｈｃ和ｈｗ为由实验确定的系数。
由以上公式可以看出：高的工作磁感Ｂ可以得到大的输出功率或减少体积重量。但Ｂ值的增加受到材料的Ｂｓ值的限制。而频率ｆ可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。
单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的Ｂ＝Ｂｍ－Ｂｒ，即磁感Ｂｍ和剩磁Ｂｒ之差要大；同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Ｂｍ值或电感量Ｌ，另一个是工作磁场Ｈｍ或工作电流Ｉ，储能Ｗ＝1/2 ＬＩ2 。这就要求材料有足够高的Ｂｓ值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。
对于工作在±Ｂｍ之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯, 其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中
(2). 脉冲变压器铁芯
脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为t d ( m s) 、脉冲幅值电压为U m (V) 的单极性脉冲电压加到匝数为N 的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量Δ B (T) 为：Δ B = U m t d / NS c ′ 10 -2 其中S
c 为铁芯的有效截面积（cm 2 ）。即磁感应强度增量Δ B 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）
成正比。对输出单向脉冲时，Δ B=B m -B r , 如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，Δ B = B m + B r 。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的Δ B 与相应的Δ H p 之比为脉冲磁导率m p 。
理想的脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间t r 与脉冲变压器的漏电感L s 、绕组和结构零件导致的分布电容C s 成比例，脉冲顶降l 与励磁电感L m 成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。
脉冲变压器的漏电感L s = 4 b p N 1 2 l m / h
脉冲变压器的初级励磁电感L m = 4 m p p S c N 2 / l ′ 10 -9
涡流损耗Pe = U m d 2 t d lF / 12 N 1 2 S c r
b 为与绕组结构型式有关的系数，l m 为绕组线圈的平均匝长，h 为绕组线圈的宽
度，N 1 为初级绕组匝数，l 为铁芯的平均磁路长度，S c 为铁芯的截面积，m p 为铁芯的脉冲磁导率，r 为铁芯材料的电阻率，d 为铁芯材料的厚度，F 为脉冲重复频率。
从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量Δ B 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量Δ B ，可以大大减少脉冲变
压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。
为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量L m ，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率m p 。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。
脉冲变压器对铁芯材料的要求为：
①高饱和磁感应强度Bs 值；
②高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感；
③大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量Δ B, 使用低剩磁感应材
料；当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力Hc 。
④小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高；
⑤损耗小。
铁氧体磁芯的电阻率高、频率范围宽、成本低，在小功率脉冲变压器中应用较多，但其Δ B 和m p 均较低，温度稳定性差，一般用于对顶降和后沿要求不高的场合(3). 电感器磁芯
铁芯电感器是一种基本元件，在电路中电感器对于电流的变化具有阻抗的作用, 在电子设备中应用极为广泛。对电感器的主要要求有以下几点：
①在一定温度下长期工作时，电感器的电感量随时间的变化率应保持最小；
②在给定工作温度变化范围内，电感量的温度系数应保持在容许限度之内；
③电感器的电损耗和磁损耗低；
④非线性歧变小；
⑤价格低，体积小。
电感元件与电感量L 、品质因素Q 、铁芯重量W 、绕线的直流电阻R 有着密切的关系。
电感L 抗拒交流电流的能力用感抗值Z L 来表示：Z L ＝2 p fL , 频率 f 越高，感抗值Z L 越大。
电感L 与铁芯的关系为：L ＝4N 2 m SK /D′10-9,K为铁芯的填充系数,S为铁芯的截面积,D为铁芯的平
均直径，m 为铁芯的磁导率，N 为绕组匝数。
电感中的磁能密度为：d w ＝m H m 2 / 8 p
电感铁芯的品质因素为：Q ＝w L /R = 8 p N 2 f m S /RD ′ 10 -9
在铁芯体积一定的情况下，要获得储能大的铁芯，应选恒导磁范围大的材料，即H m 大的材料；要获得高品质因素的铁芯，应选导磁率m 大的材料；要缩小铁芯体积和重量，应选H m 大、m 大的材料。
电感器最常用的有电源滤波扼流圈和交流扼流圈（包括电感线圈）。电源滤波扼流圈用于平滑整流后的直流成分，减小其波纹电压，以得到平稳的直流电。滤波器一般都是在交直流叠加的状态下工作。利用电感元件对交流电的抵抗作用使交流电压大部分降落在电感上。要求电感器在很大的直流磁场范围内具有较大的恒电感量，以及较小的直流电压降。
交流扼流圈用于交流回路中，作为平衡、镇流、限流和滤波等感性元件来使用。交流扼流圈工作于交流状态，无直流磁化，铁芯中磁感应强度的确定取决于负载电流。
电感线圈多数用于高频电路中，如滤波器用电感线圈、振荡回路电感线圈、陷波器线圈、高频扼流圈、匹配线圈、噪音滤波线圈等。多数工作于交流状态，铁芯以铁氧体磁
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